3D Printed Record (2 / 8 steg)

Steg 2: Skrivarens specifikationer

Här på Instructables HQ, har vi tillgång till Autodesks flotta av Objet Connex 500 skrivare. Dessa skrivare använder UV-ljus för att bota harts lager av lager tills en komplett modell produceras. De är mycket olika från smält nedfall skrivare du kan ha sett eller använt tidigare (MakerBot, RepRap, Up!, etc), inte bara kan de skriva ut av många typer av material (alltifrån flexibelt gummiliknande material till hård polymer), men de är också extremt exakt. I x- och y axlar de har upplösning på 600dpi (det är om 42microns), och z-axeln de har en upplösning på 16microns.

Innan jag började skriva ut något, jag använde dessa siffror för att beräkna den resolution som jag skulle kunna uppnå - så jag kunde bestämma om detta projekt var ens värt att driva någon ytterligare. Först ville jag se till att jag skulle kunna få en bra samplingsfrekvens på mitt ljud. Samplingshastighet är antalet prover per sekund i en sång. Vanligtvis är samplingsfrekvens 44,1 kHz (eller 44.100 prov en sekund). När samplingsfrekvensen sjunker under omkring 40kHz de högre frekvenserna av låten börja förlora deras detalj, men beroende på låten kan du gå ner till 10 kHz samplingsfrekvens utan alltför mycket av ett problem.

För att beräkna samplingsfrekvens i 3D tryckt post använde jag följande förhållande:

samplingsfrekvens = (upplösning per tum) *(inches per revolution) * (varv per sekund)
för att maximera provtagningsfrekvensen, jag vill ha alla dessa nummer (res/tum, tum/varv, varv per sekund) att vara så högt som möjligt

Först ska jag börja med varv per sekund. Spelare spelar vanligtvis i två olika hastigheter: 33,3 och 45 rpm. (Vissa skivspelare har också en 78 rpm hastighet, men detta är mindre vanligt och endast används för mycket gamla poster). Jag ville använda den lägre 33,3 RPM fart för att göra detta mer som en riktig 12" post (45 RPM används endast för 7" poster och 33 RPM för fullt storlek 12") och så att jag kunde passa mer ljud på varje sida av skivan.

varv per sekund = (varv per minut) / (sekunder per minut)
varv per sekund på 33 rpm = 33,3/60 = 0.55

Nästa är inches per varv, detta nummer beror på disken där nålen slår det omkrets. De största storlek posterna är 12" i diameter (30cm). Enligt RIAA standarder, yttersta spåret av en 12" post faller på en radie av 5,75" och den innersta groove faller på ca 2,25". Jag ska använda dessa siffror för att fastställa samplingshastigheter jag kan uppnå vid 33 RPM. Omkrets (avståndet i tum reste av nålen under ett varv av post) beräknas enligt följande:

inches per varv = 2 * pi * radius (nål)
Max inches per varv = 2 * pi * 5,75 = ~ 36
min inches per varv = 2 * pi * 2,35 = ~ 15

Jag vet redan att resolutionen per tum av 3D-skrivare är 600 (600 dpi i x och y axlar). Så kombinera allt detta får jag:

samplingsfrekvens = (upplösning per tum) *(inches per revolution) * (varv per sekund)
max samplingsfrekvens på 33 rpm = 600 * 36 * 0,55 = ~ 12000 = 12 kHz
min samplingsfrekvens på 33 rpm = 600 * 15 * 0,55 = ~ 4900 = 4,9 kHz

Detta är en ganska bra utgångspunkt. Om jag skala detta till 45 rpm istället för 33 samplingshastigheten blir:

Max samplingsfrekvens vid 45 rpm = 600 * 36 * 0,75 = ~ 16000 = 16 kHz
min samplingsfrekvens vid 45 rpm = 600 * 15 * 0,75 = ~ 6700 = 6.7 kHz

Jag ska hålla detta alternativ i åtanke om samplingshastigheten blir en fråga. Den andra biten av information som jag behövde var bitdjupet jag skulle kunna uppnå med Objet skrivaren. Bitdjup är upplösningen av ljuddata. Mest ljud dessa dagar i 16 bitar, vilket innebär att varje prov kan ha en av 65536 (2 ^ 16) möjliga värden. 8-bitars ljud har endast 256 (2 ^ 8) steg resolution och fortfarande låter ganska nära originalet. Ens gå ner till 3 och 4 bitars låter igenkännligt. (Jag noterar här att den musik ofta kallad "8-bit" som musiken i början Nintendospel är faktiskt 1 bit upplösning, det kallas 8 bitar eftersom det gjordes först med 8-bitars datorer, inte med 8 bitars upplösning).

Eftersom z-axeln är den mest exakta axeln på Objet skrivaren, ville jag skriva ut min post så att nålen vibrerar vertikalt i spåret att spåra ut den ljud våg att maximera min bitdjup. Följande formel beräknar det lodräta avståndet att nålen kommer att flytta som spårar den en våg av en given bitdjup:

i höjdled av nålen = (2 ^ bitdjup) * (precision för z-axel)
där z-axeln precision är 16 micron. Jag använde detta för att beräkna följande tabell:

lite djup i höjdled stegen i resolution

2 64um 4
3 128um 8
4 256um 16
5 512um 32
6 1,024 mm 64
7 2.048 mm 128
8 4.096 mm 256

Fetstilta raderna i tabellen är de nummer som jag ville skjuta med detta projekt. En vertikala amplituden på 64-512um är en beställa av storlek (~ 10 x) större än amplituden för en vinyl record groove, men det kändes som jag skulle antagligen kunna komma undan med det och ändå behålla ett rimligt bitdjup.